EP0437454B1 - Process and device for surface hardening of crack-prone work pieces - Google Patents

Process and device for surface hardening of crack-prone work pieces Download PDF

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EP0437454B1
EP0437454B1 EP89910444A EP89910444A EP0437454B1 EP 0437454 B1 EP0437454 B1 EP 0437454B1 EP 89910444 A EP89910444 A EP 89910444A EP 89910444 A EP89910444 A EP 89910444A EP 0437454 B1 EP0437454 B1 EP 0437454B1
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EP
European Patent Office
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workpiece
crack
workpieces
accordance
clamping
Prior art date
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EP89910444A
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German (de)
French (fr)
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EP0437454A1 (en
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Karl-Heinz PÄRTZEL
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PAERTZEL KARL HEINZ
Original Assignee
PAERTZEL KARL HEINZ
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/55—Hardenability tests, e.g. end-quench tests

Definitions

  • the invention is directed to a method and a device for hardening surfaces on workpieces prone to cracking.
  • the surface area to be hardened is locally intensively heated to above approximately 800 ° C. by means of flame emitters or induction annealing and then, before the heat is dissipated inside, quenched by a water shower or an oil rinse. (See, for example, also Dubbel I 1953 p. 515 paragraphs 4 + 5.)
  • a position-fixing, true-to-contour clamping or support device is generally used, e.g.
  • the crack detection method is, in particular, the oil boil sample, the fluorescence sample, the magnetic powder method and Various other magnet-electrical or acoustic methods have become known (see G. Benkowski, induction heating p. 138 para. 4).
  • the brochure 13/76 d of the company TIEDE, D-7081 Essingen near Aalen describes, for example, such a widespread magneto-electric crack test method on a device that is completely separated from the hardening machine locally and in terms of process, for which, in addition to the actual hardening device, in addition to considerable space and space Investment needs also need their own specially trained workers.
  • the object of the invention is seen to propose a hardening process in which a crack test of each individual workpiece takes place as immediately as possible at the same time as the quenching phase, without a new clamping having to be carried out elsewhere and a separate machine being necessary.
  • the removal of the workpiece should also be able to be controlled in such a way that defective workpieces can be sorted out immediately and automatically deposited separately from the workpieces to be further processed.
  • the clamping or support device of the hardening machine for all workpieces is also used directly as part of a crack detection device by being equipped directly with appropriate sensors for crack detection and with a control and a workpiece removal interacts, by means of which the workpiece is either identified as defective and discarded or is processed as error-free and is sent in the direction of further processing.
  • a defective workpiece can also be detected if its sound level drop differs from a limit value by a predetermined percentage compared to a reference curve.
  • the acquisition of two separate signals, of which at least one is generated for comparison purposes via a test generator and passed through the workpiece, is also advantageous in terms of measurement technology.
  • the changes in the test signal after passing through the workpiece then count as a deviation from the target state.
  • the device for carrying out such a method can be limited to the fact that a sensor for crack detection is provided on the clamping or support device at a suitable point in such a way that an instantaneous and reproducible evaluation of all continuous workpieces succeeds.
  • the attachment of the sensor suitable for detecting cracking signals is advantageously carried out in the case of sound measurements in a piezoelectric manner with a specific contact pressure against the workpiece during the clamping. If a test signal transmitter is attached to the workpiece on one side of the workpiece and a reception sensor on the other side, a clamping device with two parallel cheeks is usually required.
  • the arrangement of the sensors or signal transmitters in the clamping or receiving device also offers the possibility of protecting them there, possibly by additional cooling, from the effects of heat or mechanical damage by appropriately designed installation. If the sound is picked up by a laser beam, the heat effect can be limited even more easily.
  • the overall unit represents an investment that significantly improves both the quality and the quantity of the production systems without additional manpower and space requirements.
  • existing hardening machines can be retrofitted with corresponding additional devices according to the invention without too much intervention, thus saving space and work equipment as well as personnel for separate crack tests even if each individual workpiece now passes the crack test simultaneously and without intermediate transport during the quenching process.
  • Fig. 1 the workpiece 1, the longitudinal groove 11 is to be subjected to surface hardening, on a mandrel 21 of the clamping or support device 2.
  • Crack signaling devices 31, 32, 33, 34 are on the clamping or Clamping device 2 mounted in such a way that each of the various workpieces to be clamped must experience the same orientation with respect to them.
  • One for eavesdropping on those coming into the device 2 Crack formation signals of suitable crack formation signal transmitters 31 can, for example, be intimately connected to the device 2 via a special adhesive 311.
  • Cracking signals occurring in the interior of the workpiece 1 can also be conveniently absorbed by a cracking signal transmitter 32 penetrating the mandrel 21 in a transverse bore 321, which is pressed against the workpiece 1 by means of an adjusting screw 323 pressing on a spring 322 with a constant bias against the workpiece 1.
  • crack formation signal transmitters 33 and 34 can be placed out of the cheeks of the clamping or support device 2 in an arrangement opposite one another.
  • One signal transmitter can be connected as a transmitter "s” and the other as a receiver “e”.
  • the respective connecting cables 4 or 41, 42, 43, 44 can be guided through the device 2 to the respective signal transmitter 3 in a protected manner through corresponding grooves or bores (not shown) against mechanical damage and inadmissible heating.
  • the outer longitudinal groove 11 of an annular workpiece is to be heated as quickly as possible and to sufficient structural transformation temperatures by a heat dispenser 5, for example an inductor or radiation burner.
  • the heating can be controlled in terms of time and power via a line 51, which is connected to the central machine control MS.
  • the quenching phase of the hardening process usually takes place with the activation of one or more showers 6, which are also used via connecting lines, not shown, from the central machine control MS immediately after the heating phase has ended and any removal of the heat dispenser 5 from the quenching area for a precisely limited period of time.
  • FIG. 2 shows the ring shape of the workpiece 1 considered in this example with the longitudinal groove 11 arranged on the outside on the circumference on the mandrel 21.
  • An inductor rail which can be pulled out of it again during the quenching phase, is suitably inserted into the groove 11 as the heat donor 5.
  • Arrangements of the same principle can also be implemented in the same way with bars, plates and many other workpiece shapes.
  • a transmission sensor s and a reception sensor e are arranged opposite one another.
  • the transmission sensor s receives a test signal from the pulse generator IG at a point in time defined in the machine control MS, which is controlled by a logic module L.
  • the test signal is converted as a result of the cracking signals and sent from the reception sensor e via a filter F and a measuring amplifier V back to the logic module.
  • This transmits the converted signals to a display A and corresponding commands to the transport device T, which carries out the removal of the workpiece and forwarding it after hardening or after the measurement has been evaluated.
  • the handling robot H and the possible sorting device S are correspondingly included in the operating sequence.
  • Fig. 4 a system of the type described is shown, in which the workpieces 1 are inserted in succession into the hardening device E by means of a handling device H and held there in the clamping device 2 during heating and with the heat transmitter 5 and quenching with the shower 6 and are measured for crack formation signals with the sensors e and s arranged in the device 2.
  • the result of the crack test is evaluated in the machine control MS during and immediately after the deterrent phase and communicated and registered to the operating personnel via display devices A.
  • the workpiece 1 is removed from the clamping device 2 with the aid of the ejection cylinder a, which transports each workpiece further via a transport device T, on which a sorting device S is located.
  • the latter directs defective workpieces 1 into a container for sorted out parts b, while the parts found to be good get into another container g.
  • the transport T is advantageously synchronized via its drive c with the cycle of the hardening device E or the machine control MS, so as not to cause material jams or material shortages.
  • no other special structural or control measures are required for the determination of crack-damaged workpieces.

Abstract

A process and a device are useful for surface hardening of crack-prone work pieces. A clamping or supporting device (2) comprising crack-formation sensors (3) is provided. Any cracks produced when the work piece (1), heated by a heater (5), is quenched by means of the shower (6) are detected and measured by said sensors, which are secured in a heat- and impact-resistant manner to the machine control (MS), with which they co-operate. As a result, individual work pieces (1) can be checked without loss of time, and hardening and crack testing operations can be carried out in a less space-consuming and labour-intensive manner. In addition faster detection of defects reduces the risk of large quantities of rejects.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Härtung von Oberflächen an rißgefährdeten Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Bei Härteverfahren dieser Art wird der zu härtende Oberflächenbereich mittels Flammstrahlern oder Induktionsglühen örtlich intensiv bis über ca. 800 °C erwärmt und anschließend, noch ehe die Wärme ins Innere abgeleitet wird, durch eine Wasserbrause bzw. eine Ölbespülung abgeschreckt. (Siehe z. B. auch Dubbel I 1953 S. 515 Abs. 4 + 5.) Je nach Form und Wandstärke des Werkstückes ist bei diesen Härteverfahren eine Gefahr der Rißbildung bzw. auch des Verziehens gegeben. Gegen das Verziehen wird in der Regel eine lagefixierende konturentreue Einspann- bzw. Auflage-Vorrichtung verwendet, z. B. aus US-A 39 72 744 ist es bekannt, das Werkstück während der Erwärmung und nachfolgendem Abschrecken in der selben Einspannvorrichtung eingespannt zu lassen. Eine Abschreckung, die nicht auch Gefügerisse hervorruft, erfordert viel Sorgfalt und oftmals langwierige Vorversuche und Einstell-Experimente, weil sowohl die Werkstoffbeschaffenheit als auch die Werkstückgestaltung neben den Betriebsbedingungen der Erwärmungs- und Abschreckphase dabei von entscheidender Bedeutung sind. Zur Ermittlung günstiger Verfahrensbedingungen und Erkennung eventuell schadhafter Werkstücke wurden diverse manuelle und auch teilweise automatisierte Rißprüfungsverfahren und -einrichtungen entwickelt. Dabei werden die aus dem Härteverfahren entnommenen Werkstücke abseits vom eigentlichen Fertigungsdurchlauf in der Regel stichprobenartig und in besonderen Einspann- bzw. Auflage-Vorrichtungen auf Risse überprüft und aus den Ergebnissen Rückschlüsse auf die Beschaffenheit der restlichen Werkstücke aus der gleichen Serie gezogen. Als Rißerkennungsmethode sind insbesondere die Ölkochprobe, die Fluoreszenzprobe, das Magnetpulververfahren sowie diverse andere magnet-elektrische oder -akustische Verfahren bekannt geworden (s. G. Benkowski, Induktionservärmung S. 138 Abs. 4). Das Prospekt 13/76 d der Firma TIEDE, D-7081 Essingen bei Aalen beschreibt beispielsweise ein solches verbreitetes magnetelektrisches Rißprüfungs-Verfahren auf einer von der Härtemaschine örtlich und ablaufmäßig völlig abgetrennten Einrichtung, für die also zusätzlich zur eigentlichen Härteeinrichtung neben erheblichem eigenem Platz- und Investitions-Bedarf auch noch eigene speziell ausgebildete Arbeitskräfte benötigt werden. Derartige separate Einrichtungen erhöhen nicht nur die Werkstückkosten, sondern auch die Durchlaufzeiten und erfordern zudem meistens oft separate Zwischenlager und Transportmittel, da ihre Ausstoßtakte länger als die der Härtemaschine sind. Die zeitlich dem eigentlichen Härtevorgang oftmals ziemlich verspätet nachfolgende und meist nur stichprobenweise Untersuchung der Werkstücke kann dann weder eine sofortige Meldung unbrauchbarer Härteergebnisse bewirken noch größere Ausschuß-Anteile verhüten helfen. Oftmals werden dabei unbeabsichtigt schadhafte Teile noch fertigbearbeitet und womöglich sogar montiert, ohne deren Fehler sofort zu erkennen und sie rechtzeitig auszusondern.The invention is directed to a method and a device for hardening surfaces on workpieces prone to cracking. According to the preamble of claim 1. In hardening methods of this type, the surface area to be hardened is locally intensively heated to above approximately 800 ° C. by means of flame emitters or induction annealing and then, before the heat is dissipated inside, quenched by a water shower or an oil rinse. (See, for example, also Dubbel I 1953 p. 515 paragraphs 4 + 5.) Depending on the shape and wall thickness of the workpiece, there is a risk of cracking or warping with these hardening processes. Against warping, a position-fixing, true-to-contour clamping or support device is generally used, e.g. B. from US-A 39 72 744 it is known to have the workpiece clamped during the heating and subsequent quenching in the same clamping device. Quenching, which does not also cause structural cracks, requires a great deal of care and often lengthy preliminary tests and setting experiments, because both the material properties and the workpiece design are of crucial importance in addition to the operating conditions of the heating and quenching phase. Various manual and also partially automated crack testing methods and devices have been developed to determine favorable process conditions and to identify defective workpieces. As a rule, the workpieces removed from the hardening process are checked for cracks away from the actual production run and randomly and in special clamping or support devices, and conclusions can be drawn from the results regarding the quality of the rest Workpieces drawn from the same series. The crack detection method is, in particular, the oil boil sample, the fluorescence sample, the magnetic powder method and Various other magnet-electrical or acoustic methods have become known (see G. Benkowski, induction heating p. 138 para. 4). The brochure 13/76 d of the company TIEDE, D-7081 Essingen near Aalen describes, for example, such a widespread magneto-electric crack test method on a device that is completely separated from the hardening machine locally and in terms of process, for which, in addition to the actual hardening device, in addition to considerable space and space Investment needs also need their own specially trained workers. Such separate devices not only increase the workpiece costs, but also the throughput times and, moreover, often require separate intermediate storage and transport means, since their output cycles are longer than those of the hardening machine. The examination of the workpieces, which often follows the actual hardening process very late and usually only on a random basis, can then neither promptly report unusable hardening results nor help prevent larger rejects. Often unintentionally defective parts are still finished and possibly even assembled without immediately recognizing their errors and sorting them out in good time.

Damit können sich dann noch weitere Haftungs- und Folgeschaden-Probleme ergeben, die ursächlich auf die Unvollkommenheit und zeitliche Verzögerung der Rißprüfung nach dem Abschrecken zurückzuführen sind.This can result in further liability and consequential damage problems, which are due to the imperfection and time delay of the crack test after quenching.

Die Aufgabe der Erfindung wird hiervon ausgehend darin gesehen, ein Härteverfahren vorzuschlagen, bei welchem eine Rißprüfung jeden einzelnen Werkstückes möglichst unmittelbar zeitgleich mit der Abschreckungsphase zusammen stattfindet, ohne daß dazu eine neue Einspannung an anderer Stelle erfolgen muß und eine separate Maschine nötig wird. Gleichzeitig soll die Entnahme des Werkstückes auch so gesteuert werden können, daß schadhafte Werkstücke sofort aussortiert und selbsttätig getrennt von den zur Weiterbearbeitung gehenden Werkstücken abgelegt werden können.Based on this, the object of the invention is seen to propose a hardening process in which a crack test of each individual workpiece takes place as immediately as possible at the same time as the quenching phase, without a new clamping having to be carried out elsewhere and a separate machine being necessary. At the same time, the removal of the workpiece should also be able to be controlled in such a way that defective workpieces can be sorted out immediately and automatically deposited separately from the workpieces to be further processed.

Die Lösung wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 insbesondere dadurch erreicht, daß die Einspann- bzw. Auflage-Vorrichtung der Härtemaschine für alle Werkstücke unmittelbar auch als Teil einer Rißprüfungseinrichtung verwendet wird, indem sie unmittelbar selbst mit entsprechenden Sensoren zur Rißerkennung ausgestattet wird und mit einer Steuerung sowie einer Werkstückentnahme zusammenwirkt, durch die das Werkstück entweder als schadhaft erkannt und ausgesondert oder als fehlerfrei durchläuft und in Richtung Weiterbearbeitung geschickt wird.
Durch die zeitliche und örtliche Zusammenlegung von Erwärmung bzw. Abschreckung und Rißprüfung wird es nun mit Hilfe eines entsprechend schnellen Rißprüfsystems möglich, jedes einzelne gehärtete Werkstück ohne wesentlichen zusätzlichen zeitlichen, platzmäßigen oder personellen Aufwand im kritischsten Moment und bei identischen Bedingungen zu prüfen und ein Auftreten von die Rißbildung verursachenden Abweichungen von einmal als optimal ermittelten Betriebsbedingungen sofort noch vor dem Entstehen größerer Ausschußmengen zu erkennen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. - Sowohl die Automatisierung als auch die Genauigkeit der Meßergebnisse werden verbessert, wenn stets zu einem genau festlegbaren Zeitpunkt nach Beendigung der Erwärmungsphase bzw. in einer exakten zeitlichen Relation zum Beginn der Abschreckphase vom Werkstück emittierte Rißbildungssignale über vorzugsweise piezoelektrische Schallemissions-Aufnehmer ausgeführte Sensoren erfaßt und deren Signale auf an sich bekannte Weise entsprechend verstärkt und selektiert in der zentralen Maschinensteuerung ausgewertet werden.
- Entsprechende Laser-Signale lassen sich sinngemäß sogar ohne unmittelbaren Werkstückkontakt abnehmen. - Als Rißbildungssignal für ein schadhaftes Werkstück kann auch ein Wiederanstieg des Schallpegels nach einer vorgegebenen Zeitspanne nach Beginn der Abschreckung neben bestimmten Kriterien aus dem Verlauf des Schallpegelabfalles dienen.The solution is achieved with the characterizing features of claim 1 in particular in that the clamping or support device of the hardening machine for all workpieces is also used directly as part of a crack detection device by being equipped directly with appropriate sensors for crack detection and with a control and a workpiece removal interacts, by means of which the workpiece is either identified as defective and discarded or is processed as error-free and is sent in the direction of further processing.
Due to the temporal and local merging of heating or quenching and crack testing, it is now possible with the help of a correspondingly fast crack testing system to test each individual hardened workpiece at the most critical moment and under identical conditions without significant additional time, space or personnel expenditure and the occurrence of to recognize the deviations which caused crack formation from operating conditions which had once been determined to be optimal immediately before the occurrence of larger rejects. Advantageous developments of the invention are described in the subclaims. - Both the automation and the accuracy of the measurement results are improved if the cracking signals emitted by the workpiece are detected at a precisely definable point in time after the end of the heating phase or in an exact temporal relation to the start of the quenching phase, and sensors are executed by preferably piezoelectric sound emission sensors Signals on itself in a known manner, appropriately amplified and selected in the central machine control system.
- Corresponding laser signals can be taken out even without direct workpiece contact. - As a crack formation signal for a defective workpiece, a rise in the sound level after a predetermined period of time after the start of the deterrent can also serve, along with certain criteria from the course of the drop in sound level.

Weiterhin kann ein schadhaftes Werkstück auch erfaßt werden, wenn sein Schallpegelabfall im Vergleich zu einer Referenz-Kurve um einen vorgegebenen Prozentwert von einem Grenzwert abweicht.Furthermore, a defective workpiece can also be detected if its sound level drop differs from a limit value by a predetermined percentage compared to a reference curve.

Meßtechnisch günstig ist auch die Erfassung zweier getrennter Signale, von denen mindestens eines zu Vergleichszwecken über einen Prüfgenerator erzeugt und durch das Werkstück geleitet wird. Die Veränderungen des Prüfsignales nach dem Durchgang durch das Werkstück gelten dann als Abweichung vom Sollzustand.The acquisition of two separate signals, of which at least one is generated for comparison purposes via a test generator and passed through the workpiece, is also advantageous in terms of measurement technology. The changes in the test signal after passing through the workpiece then count as a deviation from the target state.

Die Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens kann sich darauf beschränken, daß an der Einspann- bzw. Auflage-Vorrichtung an geeigneter Stelle ein Sensor zur Rißerkennung derartig vorgesehen ist, daß eine momentane und reproduzierbare Auswertung aller durchgehenden Werkstücke gelingt. Die Anbringung des zur Erfassung von Rißbildungssignalen geeigneten Sensors wird bei Schallmessungen auf piezoelektrische Weise vorteilhaft mit einem bestimmten Anlegedruck gegen das Werkstück während des Einspannens vorgenommen. Wenn auf der einen Seite des Werkstückes ein Prüfsignal-Sender am Werkstück angelegt ist und auf der anderen Seite ein Empfangs-Sensor, bedarf es meistens einer Einspannvorrichtung mit zwei parallelen Wangen.The device for carrying out such a method can be limited to the fact that a sensor for crack detection is provided on the clamping or support device at a suitable point in such a way that an instantaneous and reproducible evaluation of all continuous workpieces succeeds. The attachment of the sensor suitable for detecting cracking signals is advantageously carried out in the case of sound measurements in a piezoelectric manner with a specific contact pressure against the workpiece during the clamping. If a test signal transmitter is attached to the workpiece on one side of the workpiece and a reception sensor on the other side, a clamping device with two parallel cheeks is usually required.

Die Anordnung der Sensoren bzw. Signalgeber in der Einspann- bzw. Aufnahmevorrichtung bietet auch die Möglichkeit, sie dort, eventuell durch zusätzliche Kühlung, vor Wärmeeinflüssen oder mechanischen Beschädigungen durch entsprechend gestalteten Einbau zu schützen. Bei Schallabnahme über Laserstrahl kann die Wärmeauswirkung noch leichter begrenzt werden.The arrangement of the sensors or signal transmitters in the clamping or receiving device also offers the possibility of protecting them there, possibly by additional cooling, from the effects of heat or mechanical damage by appropriately designed installation. If the sound is picked up by a laser beam, the heat effect can be limited even more easily.

Dadurch, daß die Härtung auf der gleichen Maschine erfolgt, in deren Maschinensteuerung erfindungsgemäß nun auch ein Logikschaltkreis sowohl mit einem Impulsgenerator zur Beschallung des Werkstückes als auch mit einem Empfangsverstärker sowie Einrichtungen zur Ergebnisanzeige, Sortierung, Werkstücktransport und Manipulator-Steuerungen beim Einlegen und Herausnehmen auf der Einspannung steuerungstechnisch verbunden sind, stellt das Gesamtaggregat eine sowohl die Qualität als auch die Quantität der Fertigungsanlagen erheblich verbessernde Investition ohne zusätzliche Arbeitskräfte und Platz-Bedarf dar.
Indessen lassen sich ohne allzu große Eingriffe auch vorhandene Härtemaschinen mit entsprechenden Zusatzgeräten gemäß der Erfindung umrüsten und damit Platz und Arbeitsmittel sowie Personal für getrennte Rißprüfungen selbst dann einsparen, wenn nunmehr jedes einzelne Werkstück die Rißprüfung gleichzeitig und ohne Zwischentransport während des Abschreckungs-Vorganges durchläuft.Characterized in that the hardening takes place on the same machine, in their machine control according to the invention now also a logic circuit with both a pulse generator for sonication of the workpiece and with a receiving amplifier as well as devices for result display, sorting, workpiece transport and manipulator controls when inserting and removing on the Clamping are connected in terms of control technology, the overall unit represents an investment that significantly improves both the quality and the quantity of the production systems without additional manpower and space requirements.
In the meantime, existing hardening machines can be retrofitted with corresponding additional devices according to the invention without too much intervention, thus saving space and work equipment as well as personnel for separate crack tests even if each individual workpiece now passes the crack test simultaneously and without intermediate transport during the quenching process.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1
zeigt Einbaubeispiele für RißbildungsSensoren als Schallgeber, beispielsweise mit piezoelektrischer Funktion, die aus einer Einspannvorrichtung gegen ein auf einem Dorn aufgespanntes Werkstück angelegt sind;
Fig. 2
zeigt diese Anordnung im Querschnitt am Beispiel einer Induktionshärtung mit Oberflächenhärtung einer ein ringförmiges Werkstück am Außenumfang anschneidenden Längsnut;
Fig. 3
zeigt ein Blockschema für die Härtanlage mit integrierter Rißprüfung;
Fig. 4
zeigt eine mögliche Ausgestaltung der Fertigungseinrichtung von der Härteanlage bis einschließlich der nachgeschalteten Werkstücksortiereinrichtung.
The invention is explained in more detail below with the aid of schematic drawings.
Fig. 1
shows installation examples for crack formation sensors as sound generators, for example with a piezoelectric function, which are applied from a clamping device against a workpiece clamped on a mandrel;
Fig. 2
shows this arrangement in cross section using the example of induction hardening with surface hardening of a longitudinal groove cutting an annular workpiece on the outer circumference;
Fig. 3
shows a block diagram for the hardening plant with integrated crack testing;
Fig. 4
shows a possible embodiment of the manufacturing device from the hardening plant up to and including the downstream workpiece sorting device.

In Fig. 1 befindet sich das Werkstück 1, dessen Längsnut 11 einer Oberflächenhärtung unterzogen werden soll, auf einem Dorn 21 der Einspann- bzw. Auflage-Vorrichtung 2. Rißbildungs-Signalgeber 31, 32, 33, 34 sind dabei an der Einspann- bzw. Aufspannvorrichtung 2 so angebracht, daß jedes der verschiedenen aufzuspannenden Werkstücke zu ihnen dieselbe Orientierung erfahren muß. Ein zum Abhorchen der in die Vorrichtung 2 gelangenden Rißbildungssignale geeigneter Rißbildungs-Signalgeber 31 kann beispielsweise über einen Spezialkleber 311 mit der Vorrichtung 2 innig verbunden sein. Im Inneren des Werkstückes 1 auftretende Rißbildungssignale können auch günstig aufgefangen werden durch einen den Aufspanndorn 21 in einer Querbohrung 321 durchdringenden Rißbildungssignalgeber 32, welcher mittels einer auf eine Feder 322 drückenden Einstellschraube 323 unter einer stets gleichgroßen Vorspannung gegen das Werkstück 1 von innen her angepreßt wird. Auf sinngemäß gleiche Weise können Rißbildungssignalgeber 33 und 34 aus den Wangen der Einspann- bzw. Auflage-Vorrichtung 2 heraus in einander gegenüberliegender Anordnung plaziert sein. Dabei kann der eine Signalgeber als Sender "s" und der andere als Empfänger "e" geschaltet sein. Die jeweiligen Verbindungskabel 4 bzw. 41, 42, 43, 44 können durch nicht gezeichnete entsprechene Nuten bzw. Bohrungen gegen mechanische Beschädigungen und unzulässige Erwärmungen geschützt durch die Vorrichtung 2 hindurch an die jeweiligen Signalgeber 3 herangeführt werden.
Im Beispiel soll die äußere Längsnut 11 eines ringförmigen Werkstückes durch einen Wärmespender 5, - beispielsweise einen Induktor oder Strahlungsbrenner - möglichst schnell und auf ausreichende Gefügeumwandlungstemperaturen erhitzt werden. Über eine Leitung 51, welche mit der zentralen Maschinensteuerung MS verbunden ist, kann die Erwärmung zeitlich und leistungsmäßig gesteuert werden. Die Abschreckungsphase des Härteverfahrens erfolgt in der Regel unter Einschaltung einer oder mehrerer Brausen 6, die über nicht gezeigte Verbindungsleitungen ebenfalls aus der zentralen Maschinensteuerung MS unmittelbar nach Beendigung der Erwärmungsphase und eventueller Entfernung des Wärmespenders 5 aus dem Abschreckungsbereich während einer exakt begrenzten Zeitdauer eingesetzt werden.In Fig. 1, the workpiece 1, the longitudinal groove 11 is to be subjected to surface hardening, on a mandrel 21 of the clamping or support device 2. Crack signaling devices 31, 32, 33, 34 are on the clamping or Clamping device 2 mounted in such a way that each of the various workpieces to be clamped must experience the same orientation with respect to them. One for eavesdropping on those coming into the device 2 Crack formation signals of suitable crack formation signal transmitters 31 can, for example, be intimately connected to the device 2 via a special adhesive 311. Cracking signals occurring in the interior of the workpiece 1 can also be conveniently absorbed by a cracking signal transmitter 32 penetrating the mandrel 21 in a transverse bore 321, which is pressed against the workpiece 1 by means of an adjusting screw 323 pressing on a spring 322 with a constant bias against the workpiece 1. In analogous manner, crack formation signal transmitters 33 and 34 can be placed out of the cheeks of the clamping or support device 2 in an arrangement opposite one another. One signal transmitter can be connected as a transmitter "s" and the other as a receiver "e". The respective connecting cables 4 or 41, 42, 43, 44 can be guided through the device 2 to the respective signal transmitter 3 in a protected manner through corresponding grooves or bores (not shown) against mechanical damage and inadmissible heating.
In the example, the outer longitudinal groove 11 of an annular workpiece is to be heated as quickly as possible and to sufficient structural transformation temperatures by a heat dispenser 5, for example an inductor or radiation burner. The heating can be controlled in terms of time and power via a line 51, which is connected to the central machine control MS. The quenching phase of the hardening process usually takes place with the activation of one or more showers 6, which are also used via connecting lines, not shown, from the central machine control MS immediately after the heating phase has ended and any removal of the heat dispenser 5 from the quenching area for a precisely limited period of time.

In Fig. 2 ist die Ringform des in diesem Beispiel betrachteten Werkstückes 1 mit der außen am Umfang angeordneten Längsnut 11 auf dem Dorn 21 verdeutlicht. Als Wärmespender 5 ist hier eine Induktorschiene in die Nut 11 passend eingelegt, welche während der Abschreckphase daraus wieder herausgezogen werden kann.
Prinzipgleiche Anordnungen sind auch mit Stangen, Platten und vielen anderen Werkstückfornen sinngemäß gleichartig realisierbar. Für die während des Abschreckungsvorganges oder unmittelbar danach in der gleichen Einspannvorrichtung 2 stattfindende Erfassung eventueller Rißbildungssignale über die Rißbildungssignalgeber 3 werden dabei sinngemäß gleichartige Anordnungsbedingungen geschaffen.2 shows the ring shape of the workpiece 1 considered in this example with the longitudinal groove 11 arranged on the outside on the circumference on the mandrel 21. An inductor rail, which can be pulled out of it again during the quenching phase, is suitably inserted into the groove 11 as the heat donor 5.
Arrangements of the same principle can also be implemented in the same way with bars, plates and many other workpiece shapes. For the detection of possible crack formation signals via the crack formation signal transmitter 3, which takes place during the deterrent process or immediately thereafter in the same clamping device 2, similar arrangement conditions are accordingly created.

In Fig. 3 ist das Grundprinzip der Rißbildungsmessung nach der Erfindung nochmals schematisch im Ablauf und dem Zusammenwirken dargestellt. In der Härtevorrichtung E seien ein Sendesensor s und ein Empfangssensor e einander gegenüberliegend angeordnet. Der Sendesensor s empfängt vom Impulsgenerator IG ein Prüfsignal zu einem in der Maschinensteuerung MS festgelegte Zeitpunkt, welcher über einen Logikbaustein L kontrolliert wird. In der Härtevorrichtung E wird das Prüfsignal infolge der Rißbildungssignale umgewandelt und vom Empfangssensor e über einen Filter F und einen Meßverstärker V zurück zum Logikbaustein geschickt. Dieser gibt die umgewandelten Signale auf eine Anzeige A und entsprechende Befehle an die Transporteinrichtung T, welche die Entnahme des Werkstückes und Weiterleitung nach Härtung bzw. nach ausgewerteter Messung vornimmt. In den Betriebsablauf entsprechend einbezogen sind ausgehend vom Logikbaustein L auch der Handhabungsroboter H sowie die eventuelle Sortiereinrichtung S, in welcher schadhafte von brauchbaren Werkstücke getrennt werden.In Fig. 3, the basic principle of crack formation measurement according to the invention is again shown schematically in the process and the interaction. In the hardening device E, a transmission sensor s and a reception sensor e are arranged opposite one another. The transmission sensor s receives a test signal from the pulse generator IG at a point in time defined in the machine control MS, which is controlled by a logic module L. In the hardening device E, the test signal is converted as a result of the cracking signals and sent from the reception sensor e via a filter F and a measuring amplifier V back to the logic module. This transmits the converted signals to a display A and corresponding commands to the transport device T, which carries out the removal of the workpiece and forwarding it after hardening or after the measurement has been evaluated. Starting from the logic module L, the handling robot H and the possible sorting device S, in which defective workpieces are separated, are correspondingly included in the operating sequence.

In Fig. 4 ist eine Anlage der beschriebenen Art dargestellt, bei der die Werkstücke 1 mittels eines Handhabungsgerätes H in die Härtevorrichtung E nacheinander eingelegt und dort in der Einspannvorrichtung 2 während des Erwärmens und mit dem Wärmegeber 5 und des Abschreckens mit der Brause 6 festgehalten und mit den in der Vorrichtung 2 angeordneten Sensoren e und s auf Rißbildungssignale durchgemessen werden.In Fig. 4, a system of the type described is shown, in which the workpieces 1 are inserted in succession into the hardening device E by means of a handling device H and held there in the clamping device 2 during heating and with the heat transmitter 5 and quenching with the shower 6 and are measured for crack formation signals with the sensors e and s arranged in the device 2.

Das Ergebnis der Rißprüfung wird in der Maschinensteuerung MS während und unmittelbar nach der Abschreckungsphase ausgewertet und über Anzeigegeräte A dem Bedienungspersonal mitgeteilt und registriert. Gleichzeitig findet die Entnahme des Werkstückes 1 aus der Einspannvorrichtung 2 mit Hilfe des Auswurfzylinders a statt, welcher jedes Werkstück über ein Transportgerät T, an dem sich ein Sortiergerät S befindet, weiter transportiert. Das letztere leitet schadhafte Werkstücke 1 in einen Behälter für aussortierte Teile b, während die für gut befundenen Teile in einen anderen Behälter g gelangen. Der Transport T wird vorteilhafterweise über seinen Antrieb c mit dem Takt der Härtevorrichtung E bzw. der Maschinensteuerung MS synchronisiert, um es nicht zu Materialstau oder Materialmangel kommen zu lassen. Neben der dargestellten Einrichtung bedarf es keinerlei weiterer gesonderter baulicher oder steuerungsmäßiger Vorkehrungen für die Ermittlung von rißgeschädigten Werkstücken.The result of the crack test is evaluated in the machine control MS during and immediately after the deterrent phase and communicated and registered to the operating personnel via display devices A. At the same time, the workpiece 1 is removed from the clamping device 2 with the aid of the ejection cylinder a, which transports each workpiece further via a transport device T, on which a sorting device S is located. The latter directs defective workpieces 1 into a container for sorted out parts b, while the parts found to be good get into another container g. The transport T is advantageously synchronized via its drive c with the cycle of the hardening device E or the machine control MS, so as not to cause material jams or material shortages. In addition to the device shown, no other special structural or control measures are required for the determination of crack-damaged workpieces.

Claims (8)

  1. Process for heat treatment of surfaces of workpieces which are threatened by cracks in which the surface areas (11) of the workpieces (1) to be hardened remain in the same clamped condition, and are subjected to treatment which in principle involves a heating up phase followed by a quenching phase,
    characterized in that,
       the workpiece (1) remains in the clamping or support fixture (2) during the quenching phase at which time it is subjected to an automatic crack-test using electrical output signals, whereby workpieces (1) which have become defective are detected and eliminated from the further production processes.
  2. Process in accordance with Claim 1,
    characterized in that,
       crack formation signals picked up by one or several sensors (3 ... 34) which exceed specified limiting data serve to detect the defective workpieces (1).
  3. Process in accordance with Claim 2;
    characterized in that,
       the crack formation signals are piezo-electrically recorded and amplified or selected noise emission values which are measured and processed at a specified moment after completion of the heating up process.
  4. Process in accordance with Claim 3,
    characterized in that,
       in addition to a signal based on modifications in the inter-crystalline tensions within the cooling workpiece, a second comparison signal is produced by means of a test generator and measured for the purposes of comparison.
  5. Process in accordance with Claim 2,
    characterized in that,
       the limit values are specified based on modifications to a test signal due to its passage through the workpiece.
  6. Process in accordance with Claim 2,
    characterized in that,
       certain renewed rises in the noise level after a specified time period are used as limiting values.
  7. Piece of equipment for carrying out the process in accordance with Claim 1 with heating up devices (5) and quenching devices (6) for the workpieces (1) located in proximity to a clamping or support fixture (2) for a workpiece (2),
    characterized in that,
       sensors (31 to 34) for crack-recognition are fitted in the clamping or support fixture (2).
  8. Piece of equipment in accordance with Claim 7,
    characterized in that,
       it is fitted with a machine control unit (MS) which for control purposes is connected through a logic circuit (L) to both an impulse generator (IG) for bathing the workpiece (1) in sound and a receiver amplifier, as well as equipment for display (A), sorting (S), workpiece transport (T) and workpiece handling (H) for insertion and removal of workpieces from the clamping or support fixture (2).
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